基于丘比特定位技術(shù)的高校無(wú)線網(wǎng)規(guī)劃與設(shè)計(jì)

田由輝

(江蘇經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇南京211168)

基于丘比特定位技術(shù)的高校無(wú)線網(wǎng)規(guī)劃與設(shè)計(jì)

田由輝

(江蘇經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇南京211168)

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，推動(dòng)各個(gè)移動(dòng)終端系統(tǒng)的服務(wù)水平，高校建設(shè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與移動(dòng)終端的定位是高校教育信息化發(fā)展中的一項(xiàng)重要應(yīng)用。該文是江蘇經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院采用丘比特定位技術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)校校園無(wú)線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，提高學(xué)校教育信息化的應(yīng)用水平。

丘比特；定位；無(wú)線網(wǎng)

Abstract：The wide application of mobile Internet,to promote the service level of each mobile terminal system,the construc?tion of wireless network and mobile terminal positioning is the development of university education information in an important application.This article is the Jiangsu Economic and Trade Vocational and Technical College using Cupid positioning technolo?gy design school campus wireless network architecture,improve the level of application of school education information.

Key words：Cupid;positioning;wireless network

1 概述

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，大大地提升了各行業(yè)信息化的應(yīng)用水平。高校教育信息化建設(shè)從管理信息化邁向服務(wù)信息化轉(zhuǎn)變，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的普及應(yīng)用，使得日常的課堂點(diǎn)名方式已不能滿足教育信息化的要求，基于校內(nèi)信息網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用服務(wù)移動(dòng)端的擴(kuò)展需求便日益明顯和強(qiáng)烈[1]。通過(guò)移動(dòng)終端設(shè)備的自動(dòng)信息采集不僅能夠達(dá)到傳統(tǒng)的考勤點(diǎn)名效果，還能夠?qū)π?nèi)人員的行為軌跡進(jìn)行有效的跟蹤，及時(shí)了解學(xué)校教學(xué)基本質(zhì)量以及學(xué)生作息行為，為學(xué)校管理提供重要數(shù)據(jù)信息。

2 需求分析

2.1 無(wú)線覆蓋需求

為了實(shí)現(xiàn)基于無(wú)線的上層應(yīng)用，無(wú)線的全面覆蓋是必不可少的?；A(chǔ)設(shè)施的建設(shè)決定未來(lái)無(wú)線應(yīng)用實(shí)現(xiàn)的效果。

2.1.1 覆蓋范圍

針對(duì)需要實(shí)現(xiàn)無(wú)線考勤、軌跡跟蹤、信息推送等需求的地點(diǎn)，應(yīng)做到無(wú)線的全面覆蓋，具體應(yīng)包括教室、辦公室、會(huì)議室、宿舍、室外區(qū)域等。采用AC+FITAP的架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的精細(xì)化覆蓋和全面管理。

2.1.2 AP要求

為了實(shí)現(xiàn)基于無(wú)線定位的需求，本次應(yīng)采用支持無(wú)線定位的AP。當(dāng)應(yīng)用系統(tǒng)和無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)備對(duì)接后，需要實(shí)現(xiàn)全面的場(chǎng)地覆蓋，保證最大的學(xué)生接入數(shù)量，最終建成的無(wú)線校園網(wǎng)是智能化、可擴(kuò)展的架構(gòu)。

2.2 定位支持

為了實(shí)現(xiàn)精細(xì)化的無(wú)線考勤，無(wú)線定位應(yīng)做到精確的實(shí)現(xiàn)，支持基于時(shí)間差的定位方式。這種定位方式能提高定位的精度，同時(shí)又不受環(huán)境的影響，為無(wú)線考勤提供較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

2.3 應(yīng)用系統(tǒng)需求

為了保證完美的無(wú)線應(yīng)用使用效果，最終的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建成后，做到全面的設(shè)備管理和數(shù)據(jù)管理。

應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)支持定位數(shù)據(jù)的生成，數(shù)據(jù)應(yīng)包括接入時(shí)間、下線時(shí)間、終端mac、接入地點(diǎn)、接入AP編號(hào)等必不可少的信息。同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)開放接口，供第三方應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)隨時(shí)調(diào)取，實(shí)現(xiàn)無(wú)線定位的快速實(shí)現(xiàn)，最終實(shí)現(xiàn)無(wú)線考勤、軌跡跟蹤、智能推送消息等功能。

3 方案設(shè)計(jì)

3.1 方案拓?fù)?/h3>

采用FITAP+AC的方式實(shí)現(xiàn)整網(wǎng)無(wú)線的拓?fù)淙鐖D1。

該方案設(shè)計(jì)有以下優(yōu)勢(shì)：

1)分場(chǎng)景無(wú)線覆蓋，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連和無(wú)線定位；2)對(duì)設(shè)備和定位信息進(jìn)行統(tǒng)一管理；3)提供定位等信息給上層應(yīng)用；4)認(rèn)證對(duì)接現(xiàn)有系統(tǒng)。

圖1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

3.2 定位功能——丘比特定位

3.2.1 丘比特定位介紹

丘比特?zé)o線定位技術(shù)是在有WIFI的環(huán)境中，基于時(shí)間差原理對(duì)接入網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)終端位置信息進(jìn)行實(shí)時(shí)精準(zhǔn)定位的過(guò)程，可用于定位導(dǎo)航、人員定位等應(yīng)用。和日常的指紋定位相比較，采用詳細(xì)的計(jì)算模式，且確保定位實(shí)時(shí)精度高、延遲低，部署時(shí)無(wú)需采樣，該技術(shù)可以靈活應(yīng)用在商貿(mào)、教育，金融、醫(yī)療等各個(gè)領(lǐng)域。

3.2.2 丘比特定位實(shí)現(xiàn)原理

丘比特定位區(qū)別于傳統(tǒng)基于信號(hào)強(qiáng)度的三角定位和指紋定位算法，采用基于到達(dá)時(shí)間差的技術(shù)。這種技術(shù)類似超聲波測(cè)距，發(fā)射聲波時(shí)開始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，當(dāng)遇到障礙物時(shí)返回，超聲波接收器收到反射波時(shí)再次計(jì)時(shí)，超聲波傳播速度已知，便可以計(jì)算出距離。

丘比特算法正是利用了此方式，如下圖2所示。

AP在ToD時(shí)間時(shí)，向關(guān)聯(lián)終端發(fā)送一個(gè)ProbePacket報(bào)文，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，終端收到了該報(bào)文，終端會(huì)處理該報(bào)文時(shí)間為△t，最后返回一個(gè)ACK報(bào)文給AP，AP收到ACK報(bào)文的時(shí)間即為ToA，此時(shí)我們便可以知道，AP發(fā)送給終端的報(bào)文以及終端返回給AP的報(bào)文所用的傳輸時(shí)間ToF=ToA—ToD—△t，所以終端到達(dá)這個(gè)AP的距離就可以根據(jù)公式算出S=C*Tof/2[1]。

3.2.3 丘比特定位與傳統(tǒng)定位對(duì)比

3.2.3 .1高精度定位

不管是傳統(tǒng)的指紋定位，還是三角定位，它們是以信號(hào)強(qiáng)度(RSSI)來(lái)定位的，信號(hào)強(qiáng)度又具有電磁波的特性，如圖3。

這就是同一個(gè)位置的RSSI的值，所采集的RSSI值有比較大不同。然而幾乎在一個(gè)有限值之內(nèi)波動(dòng)。且只是室內(nèi)的應(yīng)用環(huán)境，即使受到電磁波的多徑效應(yīng)、物體對(duì)信號(hào)的遮擋等原因，RSSI的可靠性變得很差，從統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)來(lái)看，定位精度在5～10米[2]。

圖2 丘比特定位實(shí)現(xiàn)原理

圖3 信號(hào)強(qiáng)度采樣圖

丘比特定位技術(shù)采用了芯片底層的信息，并且采用了工程方法，改變傳統(tǒng)的RSSI系統(tǒng)的弱點(diǎn)，采用恒定的指標(biāo)“時(shí)間差”制作出精度較高的無(wú)線定位系統(tǒng)。在理想環(huán)境下，定位精度達(dá)到3～5米。

3.2.3 .2無(wú)需采樣

傳統(tǒng)的指紋定位方法，在采樣上需要大量的時(shí)間和精力，并且環(huán)境有所變化時(shí)，又要重新采樣。比如加入或者拆了隔板，位置改變，AP天線更換，都影響到信號(hào)強(qiáng)度的改變，且又需要進(jìn)行重新采樣。這種部署方法如今大型商貿(mào)，校園等領(lǐng)域都是行不通的。而丘比特定位正是減去了此步驟，只需按規(guī)則部署好AP，就可以開始定位。

3.2.3 .3抗睡眠機(jī)制

丘比特定位利用其主動(dòng)發(fā)送報(bào)文的機(jī)制，做了有效的抗睡眠機(jī)制。即使手機(jī)在黑屏狀態(tài)，也可通過(guò)技術(shù)手段，讓終端回復(fù)ACK報(bào)文，從而不影響定位效果。這點(diǎn)在傳統(tǒng)的指紋定位和三角定位是做不到的。

3.3 數(shù)據(jù)接口

無(wú)線定位系統(tǒng)的接口架構(gòu)如下圖4。

圖4 數(shù)據(jù)接口

該圖中，無(wú)線定位系統(tǒng)上層接口為開放的Restful接口，供第三方廠商對(duì)接。對(duì)接完成后，第三方廠商可隨時(shí)提取定位系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，該數(shù)據(jù)信息包括：用戶重點(diǎn)mac、上線時(shí)間、下線時(shí)間、接入位置、接入AP編號(hào)。通過(guò)統(tǒng)一數(shù)據(jù)處理中心的數(shù)據(jù)匹配，第三方應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)合自身機(jī)制，隨時(shí)根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和教務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，處理考勤、跟蹤軌跡、推送消息。

Restful接口對(duì)接是一種松耦合的方式，只要應(yīng)用接口與定位系統(tǒng)接口對(duì)接后，數(shù)據(jù)即可實(shí)時(shí)傳送到統(tǒng)一數(shù)據(jù)處理中心中。即使統(tǒng)一數(shù)據(jù)處理中心的數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)生變化，也不會(huì)影響定位基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的變化。這一特點(diǎn)決定了定位信息的可靠、實(shí)時(shí)傳輸，保證業(yè)務(wù)系統(tǒng)隨時(shí)調(diào)用。

4 無(wú)線管理

4.1 無(wú)線管理基礎(chǔ)功能

本次采用專業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)管理軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)校無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一管理。這是Web頁(yè)面管理系統(tǒng)，它是一個(gè)友好、簡(jiǎn)便的管理平臺(tái)。與其他智能平臺(tái)組件配合，能實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)線設(shè)備的性能監(jiān)控、故障管理、用戶認(rèn)證管理、接入用戶管理、面板管理、軟件版本管理、配置文件管理等功能，而且可以現(xiàn)實(shí)對(duì)其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行一體化管理[3]。

組件的主要功能和特點(diǎn)如下：

1)無(wú)線有線一體化管理

無(wú)線管理組件(WSM)是無(wú)線業(yè)務(wù)管理核心，對(duì)AC、FITAP、FATAP、AC移動(dòng)終端等無(wú)線設(shè)備與有線設(shè)備進(jìn)行一體化集中管理，所有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備信息和狀態(tài)明顯呈現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)資源通過(guò)多種視圖進(jìn)行查看，將規(guī)模巨大的無(wú)線接入設(shè)備有效組織，便于用戶維護(hù)[2]。

2)無(wú)線終端定位和漫游記錄審計(jì)

無(wú)線運(yùn)營(yíng)管理組件(WSM)在結(jié)構(gòu)化拓?fù)鋱D中對(duì)移動(dòng)終端的信息進(jìn)行查看，查看發(fā)射速率集、SSID、MAC地址、信號(hào)強(qiáng)度、RSSI、所在AC設(shè)備、所在AP設(shè)備等移動(dòng)終端的全部漫游記錄，使用戶隨時(shí)了解最終接入用戶的情況，并對(duì)其接入軌跡進(jìn)行審計(jì)。

3)無(wú)線管理智能客戶端

智能管理中心支持各種智能終端，如iPhone、iPAD、An?droid等移動(dòng)客戶端，可支持安裝智能終端客戶端軟件，并通過(guò)智能客戶端實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一管理和監(jiān)控，極大地方便用戶的使用。

4.2 無(wú)線網(wǎng)關(guān)二次開發(fā)接口

無(wú)線管理平臺(tái)對(duì)外開放接口，可實(shí)現(xiàn)第三方業(yè)務(wù)對(duì)底層資源的調(diào)用管理，用戶提出的開放智能管理平臺(tái)。在開發(fā)平臺(tái)上邁出一大步。該平臺(tái)通過(guò)以第三方業(yè)務(wù)應(yīng)用提供底層資源管理調(diào)用接口，合作伙伴與用戶可以通過(guò)簡(jiǎn)單的開發(fā)工作，就可在智能管理平臺(tái)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)靈活的功能擴(kuò)展，包括與現(xiàn)有系統(tǒng)對(duì)接、新增系統(tǒng)和模塊的管理、定制化開發(fā)等等[3]。

5 結(jié)束語(yǔ)

丘比特定位技術(shù)在校園無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，相比傳統(tǒng)定位技術(shù)有更大的優(yōu)勢(shì)，學(xué)校是培養(yǎng)人才和學(xué)術(shù)研究的場(chǎng)所，積極引進(jìn)新的技術(shù)，提升教育信息化應(yīng)用服務(wù)水平，為學(xué)校教學(xué)、科研、管理服務(wù)提供重要數(shù)據(jù)與各個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)廣泛應(yīng)用。

[1]蘇圣陽(yáng).基于全光網(wǎng)及WiFi的智能樓宇集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)[D].昆明理工大學(xué),2016.

[2]吳欣航.WLAN技術(shù)探析及其在校園局域網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用[D].電子科技大學(xué),2011.

[3]大學(xué)校園無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)建議書[EB/OL].豆丁網(wǎng)http：//www.docin.com 2016.

Planning and Design of Wireless Network in University Based on Cupid Location Technology

TIAN You-hui
(Jiangsu Vocational Institute of Commerce，Nanjing 211168,China)

TP393

A

1009-3044(2017)24-0044-03

2017-07-18

田由輝(1982—)，男，江蘇南京人，工程師，碩士，主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。